Штамповые стали для деформирования в холодном состоянии

СТАЛИ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

Стали для измерительного инструмента (плиток, калибров, шаблонов) дол­жны обладать высокой твердостью, износостойкостью и сохранять по­стоянство размеров. Обычно применяют высокоуглеродистые хромистые стали X (0,95-1,1% С, и 1,3-1,65% Сг), ХВГ и 12X1 (1,15-1,25% С, 1,3 — 1,65% Сг). Измерительный инструмент подвергают закалке в масле с возможно более низкой температурой, обычно с 840 —850°С для сталей X и ХВГ и с 850 — 880°С для стали 12X1 с целью получения минимального количества остаточного аустенита. Затем подвергают отпуску при 120 — 140°С. Твердость после указанной обработки составляет HRC 62 — 64. Иногда по­сле закалки производят обработку холодом при — 50 — 80°С для более полного превращения остаточного аустенита.

Измерительные скобы, шкалы, линейки и другие плоские и длинные ин­струменты изготовляют из листовых сталей 15, 15Х. Для получения рабо­чей поверхности с высокой твердостью и износостойкостью инструменты подвергают цементации и закалке.

ШТАМПОВЫЕ СТАЛИ ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ В ХОЛОДНОМ СОСТОЯНИИ

Стали, используемые для изготовления штампов пластически деформи­рующих металл при нормальных температурах, должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью. В процессе деформирования с большей скоростью штампы разогреваются до 200 —350°С, поэтому стали этого класса должны быть и теплостойкими. Для крупных штампов необходимо обеспечить высокую, прокаливаемость и небольшие объемные изменения при закалке. Если в процессе термической обработки происходит искажение сложной конфи­гурации штампа, то необходимо производить доводку штампа до тре­буемых размеров, что не всегда осуществимо.

Высокохромистые стали Х12Ф1 и Х12М обладают высокой износостойкостью и при закалке в масле мало деформируются, что важно для штампов сложной формы.

Молибден и ванадий в сталях Х12Ф1 и Х12М способствуют сохране­нию мелкого зерна. Обе стали обладают хорошей прокаливаемостью. Сталь Х12Ф1 прокаливается до 150—180 мм, а Х12М — до 200 мм при ох­лаждении в масле. Недостаток высокохромистых сталей заключается в трудности обработки резанием в отожженном состоянии (HВ 207 — 269). Cталь Х6ВФ, используют для инструментов с высокой механической прочностью и сопротивлением изнашиванию (накатные плашки, накатники для холодного накатывания зубчатых колес и т. д.). Прокаливаемость ста­ли Х6ВФ меньше и не превышает 70 — 80 мм.

Сталь 7ХГ2ВМ (см. табл. 22) сочетает высокую прокаливаемость и за­каливаемость с минимальными объемными изменениями при закалке. Она получает твердость HRC 59 — 60 в сечениях до 100—110 мм при охлажде­нии в масле, горячих средах и на воздухе.

Износостойкость и устойчивость против нагрева может быть повышена азотированием при 520 —560°С, выполняемым перед закалкой.

В тех случаях, когда требуется сталь с повышенным сопротивлением пластической деформации, применяют сталь 6Х6ВЗМФС (см. табл. 22). Сталь подвергают закалке с высоких температур. Отпуск проводят при 520 —540°С. После отпуска в структуре нет остаточного аустенита, что обеспечивает' более высокое со­противление пластической деформации (200 — 210 кгс/мм²) при хорошей вязкости. Сталь обладает высокой износостойкостью, особенно при работе с динамическими нагрузками, и не склонна к карбидной неоднородности.

Для вытяжных штампов небольшого размера (диаметр пуансона до 25 мм) применяют стали У10, У11 и У12, а для штампов большого разме­ра — 11ХФ, X, ХВСГ, обладающие лучшей прокаливаемостью.

4. ШТАМПОВЫЕ СТАЛИ ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЙ В ГОРЯЧЕМ СОСТОЯ­НИИ (ПОЛУТЕПЛОСТОЙКИЕ И ТЕПЛОСТОЙКИЕ)

Стали, применяемые для штампов, деформирующих металл в горячем со­стоянии, должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать окалиностойкостью и разгаростойкостью, т. е. способностью выдерживать многократные на­гревы и охлаждения без образования разгарных трещин. Кроме того, ста­ли должны иметь высокую износостойкость и теплопроводность для луч­шего отвода теплоты, передаваемого обрабатываемой заготовкой.

Многие штампы имеют большие размеры, поэтому сталь для их изго­товления должна обладать высокой прокаливаемостью. Это обеспечивает высокие механические свойства по всему сечению штампа. Важно, чтобы сталь не была склонна к обратимой отпускной хрупкости, так как бы­стрым охлаждением крупных штампов ее устранить нельзя.

Крупные ковочные штампы, а также инструмент ковочных машин и прессов, нагревающихся при t 500 — 550°С при умеренных нагрузках, изготовляют из полутеплостойких сталей 5ХНМ и 5ХГМ (вместо никеля в них содержится 1,2 —1,6% Мп), обладающих по­вышенной вязкостью (см. табл. 23).

Присутствие в стали 5ХНМ молибдена повышает теплостойкость, прокаливаемость и уменьшает склонность к обратимой отпускной хрупкости. Сталь 5ХНМ прокаливается полностью в блоках размером 400x300x300 мм и более. Закалку штампов производят в масле. Отпуск крупных штампов проводят при 550 —580°С (HRC 35-38), а мелких при 500-540°С (HRC 40-45). Структура стали после отпуска — троосто-сорбит.

Сталь умеренной теплостойкости 4ХЗВМФ (см. табл. 23) с основным карбидом М₂₃С₆ вследствие низкого содержания Мо и W сохраняет высо­кие механические свойства (HRC 45) только при нагреве до 500 —525°С. Сталь применяют вместо 5ХНМ (5ХГМ) для изгото­вления штампов небольших размеров.

Средненагруженный инструмент, работающий с разогревом поверхно­сти до 600°С, а также инструмент с большой поверхностью, работающий при 400 —500°С, изготовляют из сталей 4Х5В2ФС и 4Х5МФ1С. Стали теплостойкости, мало чувствительны к резкой смене температур, обладают повышенной окалиностойкостью, устойчивы против корродирующего действия жидкого алюминия и обла­дают высокой прочностью при хорошей вязкости. Стали повышенной теп­лостойкости — ЗХ2В8Ф и 5ХЗВЗМФС используют для штампов, претерпе­вающих при деформировании разогрев поверхности до 600 — 700°С. Из них изготавливают инструмент, например прошивные пуансоны, выталкиватели для глубоких отверстий, матрицы пресс-форм для отливок под давлением медных сплавов и т. д.

Превращения в сталях 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф и 5ХЗВЗМФС, протекающие при термической обработке, во многом сходны с превращениями в бы­строрежущей стали. Эти стали при закалке нагреваются до высоких темпе­ратур. При отпуске твердость дополнительно повышается вследствие дисперсионного твердения мартенсита, но одновременно сни­жается пластичность и вязкость. Для получения достаточной вязкости от­пуск проводят при повышенных температурах на твердость HRC 45 — 50, что соответствует образованию структуры — тросстит.

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

Твердыми сплавами называют сплавы, изготовленные методом порошко­вой металлургии и состоящие из карбидов тугоплавких металлов (W С, Т 1C, Т аС), связанных кобальтом.

В СССР изготовляют твердые сплавы трех видов (ГОСТ 3882 — 74):

1) вольфрамовые (ВКЗ, ВК6, ВК8, ВК10 и ВК20, ВК25);

2) титановольфра­мовые (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12);

3) тйтанотанталовольфра-мовые (ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8-Б, ТТ20К9) К

Структура вольфрамовых сплавов представляет собой частицы карбида вольфрама W С, связанные кобальтом. Титановольфрамовые сплавы со­стоят из карбидов WC и TiC, связанных кобальтом. При высоком содер­жании карбида титана (Т30К4) структура состоит только из карбида тита­на и кобальта, так как вольфрам и углерод растворяются в карбиде титана.

Чем меньше в сплаве ВК кобальта и мельче карбидные' частицы, тем выше износостойкость, но ниже прочность и сопротивление ударам. Сплавы ВКЗ, и особенно ВКЗ-М, обладающие наиболее высокой износо­стойкостью (твердость HRC 89,5 — 90), допускают вы­сокую скорость резания при обработке чугуна, цветных металлов и неме­таллических материалов.

Сплавы ВК4, ВК6, ВК6-М с твердостью HRC 88,0 — 90 рекомендуются для чернового точения, фрезерования, рассвер­ливания, зенкерования при обработке чугуна жаропрочных сплавов, цветных металлов и неметаллических материалов. Сплавы ВК8 и ВК10 обладают меньшей износостойкостью, но более высокой эксплуатационной про­чностью (ст_и3г = 175 ч- 165 кгс/мм²).

Сплав ВК8 применяют для чернового точения и других видов черновой обработки (резания чугуна, жаропрочных сплавов и цветных металлов), а также для волочения и калибровки труб, прутков и проволоки. Сплавы ВК10, ВК15 и ВК25 предназначаются для изготовления быстроизнашивающихся деталей. Эти сплавы характеризуются высокой эксплуатационной прочностью, но сравнительно низкой износостойкостью.

Наивысшей для титановольфрамовых сплавов износостойкостью и до­пустимой скоростью резания при пониженной эксплуатационной прочно­сти обладает сплав Т30К4. У сплавов Т15К6, Т5К10 эксплуатационная прочность выше, а износостойкость и допустимая ско­рость резания ниже. Титановольфрамовые сплавы применяют для чистого (Т30К4) и чернового (Т15К6, Т5К10) точения, фрезерования и строгания стали. Твердость сплавов HRC 92-87.

Сплав ТТ10К8-Б при умеренной износостойкости обладает высоким со­противлением ударам и хорошей эксплуатационной прочности. Титанотанталовбльфрамовые сплавы применяют при черновой и чистовой обработке труднообрабатываемых материалов, в том числе жа­ропрочных сплавов и сталей (HRC 87 — 90).

Твердые сплавы получают путем прессования порошков карбидов и ко­бальта в изделия необходимой формы и последующего спекания при 1250 — 1450°С, в атмосфере водорода или в вакууме.

Твердые сплавы чаще изготовляют в виде стандартных пластин различ­ной формы для оснащения ими резцов, фрез, сверл и других режущих ин­струментов, а также различных матриц для прессования полуфабрикатов и волочения проволоки.